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Potentiale und Ionenkanäle. Inhalt Konzentrationen in einer Nervenzelle (Säuger) Steuerbare Ionen-Kanäle Das Ruhepotenzial Ersatzschaltbild für die elektrischen.

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Präsentation zum Thema: "Potentiale und Ionenkanäle. Inhalt Konzentrationen in einer Nervenzelle (Säuger) Steuerbare Ionen-Kanäle Das Ruhepotenzial Ersatzschaltbild für die elektrischen."—  Präsentation transkript:

1 Potentiale und Ionenkanäle

2 Inhalt Konzentrationen in einer Nervenzelle (Säuger) Steuerbare Ionen-Kanäle Das Ruhepotenzial Ersatzschaltbild für die elektrischen Eigenschaften einer Membran mit Ionenkanälen

3 Ladungstransport durch Ionenkanäle in der Zellmembran Die Topographie der Ionenkanäle ersetzt die Hydrathülle Quelle für das Bild:

4 Einer Nervenzelle entsprechende K + und Na + Konzentrationen Die Schwerpunkte unterschiedlicher Ladungen sind identisch: Elektrische Feldstärke und Spannung sind Null. mV -60 K + 5 mmol/l 40 0 IA K mmol/l -90 Na mmol/l Na + 15 mmol/l Cl- 5 mmol/l Cl- 155 mmol/l Cl- 140 mmol/l Anionen- 155 mmol/l Die Teilung in obere und untere Bereiche dient der bessern Übersicht: In Realität sind Na +, K + und Cl - gemischt

5 Spannung bei Öffnung des K + Kanals Bei Öffnung treibt der Konzentrationsunterschied die Diffusion der K + Ionen, die negative Ladung bleibt zurück: Aus der Ladungstrennung folgt Feldstärke und Potentialdifferenz mV -60 K + 5 mmol/l 40 0 IA K mmol/l -90 Na mmol/l Na + 15 mmol/l U 37° = 62·log 5/140 = -90 mV Elektrische Feldstärke Cl- 155 mmol/l Anionen 155 mmol/l

6 Spannung bei Öffnung des Na + Kanals Bei Öffnung treibt der Konzentrationsunterschied die Diffusion der Na + Ionen, die negative Ladung bleibt zurück: Aus der Ladungstrennung folgt Feldstärke und Potentialdifferenz mV -60 K + 5 mmol/l 0 IA K mmol/l -90 Na mmol/l Na + 15 mmol/l 60 U 37° = 62·log 150/15 = 62 mV Cl- 155 mmol/l Anionen 155 mmol/l

7 Aufbau der K + und Na + Konzentrationen einer Nervenzelle Ein als Na/K Pumpe arbeitendes Enzym hält die Konzentrationen in- ( I ) und außerhalb ( A ) der Zelle konstant mV -60 K + 5 mmol/l 40 0 IA K mmol/l -90 Na mmol/l Na + 15 mmol/l Cl- 155 mmol/l Anionen 155 mmol/l

8 Ruhepotenzial 1.Spezielle K + Kanäle öffnen, sie allein würden das Potential auf -90 mV einstellen. 2.Na + diffundiert in geringem Maß von A nach I und hebt das Ruhepotential auf -70 mV. mV -60 K + 5 mmol/l 40 0 IA K mmol/l -90 Na mmol/l Na + 15 mmol/l Elektrische Feldstärke Cl- 155 mmol/l Anionen 155 mmol/l

9 Ersatzschaltbild beim Ruhepotential Einfachstes Ersatzschaltbild für eine Membran mit Ruhepotential -70 mV, bestehend aus R, C und Spannungsquelle (=Diffusionspotential). Quelle: mV -60 K + 5 mmol/l 40 0 IA K mmol/l -90 Na mmol/l Na + 15 mmol/l Nernst- Potential Membran- Leitfähigkeit Ladungs speichernde Oberflächen auf beiden Seiten der Membran

10 Frage zum Ersatzschaltbild beim Ruhepotential IA Nernst- Potential U 0 Membran- Leitfähigkeit 1/R Ladungs speichernde Oberflächen auf beiden Seiten der Membran, Kapazität C Q: Wo bleibt die Induktivität (L) des Aufbaus? A: Die langsame Änderung des Ionenstroms macht U = - L · İ vernachlässigbar klein finis

11 Schema der Membran mit geschlossenem Kanal

12 Schema des Na + - Ionen Transports bei geöffnetem Kanal

13 Zusammenfassung Der Ladungstransport erfolgt über Ionen – und nicht, wie in den meisten Anwendungen der Technik, über Elektronen Partielle Öffnung der Ionenkanäle ändert die Leitfähigkeit der Membran Ionen-selektiv Ersatzschaltbild der elektrischen Eigenschaften, es entspricht für jede Ionen Art Der Konzentrationsgradient einer Spannungsquelle Die Leitfähigkeit der Membran einem ohmschen Widerstand –die Ladungskonzentration zu beiden Seiten der Membran einem Kondensator (Kapazität) Das Ruhepotenzial liegt etwa bei -60 bis -70 mV

14 finis


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